Undersøgelse afslører, hvordan man kan forbedre naturgasproduktionen i skifer

En ny kulbrinteundersøgelse modsiger konventionel visdom om, hvordan metan er fanget i sten, afsløre en ny strategi for lettere at få adgang til den værdifulde energiressource.

"Det mest udfordrende problem, som skiferenergiindustrien står over for, er de meget lave kulbrintegenvindingsgrader:mindre end 10 procent for olie og 20 procent for gas. Vores undersøgelse gav ny indsigt i de grundlæggende mekanismer, der styrer kulbrintetransport inden for skifernanoporer, " sagde Hongwu Xu, en forfatter fra Los Alamos National Laboratory's Earth and Environmental Sciences Division. "Resultaterne vil i sidste ende hjælpe med at udvikle bedre trykstyringsstrategier til at forbedre ukonventionel kulbrinteindvinding."

Det meste af amerikansk naturgas er gemt dybt inde i skiferreservoirer. Lav skiferporøsitet og permeabilitet gør genvinding af naturgas i tætte reservoirer udfordrende, især i den sene fase af brøndlivet. Porerne er minimale - typisk mindre end fem nanometer - og dårligt forståede. Forståelse af kulbrintetilbageholdelsesmekanismerne dybt under jorden er afgørende for at øge effektiviteten af ​​metanudvindingen. Trykstyring er et billigt og effektivt værktøj til rådighed til at kontrollere produktionseffektiviteten, som let kan justeres under brønddrift - men undersøgelsens multi-institution forskerhold opdagede en afvejning.

Dette hold, inklusive hovedforfatteren, Chelsea Neil, også af Los Alamos, integrerede molekylær dynamik simuleringer med ny in situ højtryks-småvinklet neutronspredning (SANS) for at undersøge metanadfærd i Marcellus-skifer i Appalachian-bassinet, landets største naturgasfelt, for bedre at forstå gastransport og genvinding, da trykket modificeres for at udvinde gassen. Undersøgelsen fokuserede på vekselvirkninger mellem metan og det organiske indhold (kerogen) i bjergart, der oplagrer størstedelen af ​​kulbrinter.

Undersøgelsens resultater indikerer, at mens høje tryk er gavnlige for metanudvinding fra større porer, tæt gas er fanget i mindre, almindelige skifernanoporer på grund af kerogendeformation. For første gang, de præsenterer eksperimentelle beviser for, at denne deformation eksisterer og foreslog et metan-frigivende trykområde, der signifikant påvirker methangenvinding. Disse indsigter hjælper med at optimere strategier til at øge naturgasproduktionen samt bedre forståelse af væskemekanik.

Methans adfærd blev sammenlignet under to trykcyklusser med spidstryk på 3000 psi og 6000 psi, da det tidligere blev antaget, at øget tryk fra injicerede væsker ind i sprækker ville øge gasgenvindingen. Holdet opdagede, at uventet metanadfærd forekommer i meget små, men udbredte nanoporer i kerogenet:poreoptagelsen af ​​metan var elastisk op til det lavere spidstryk, men blev plastik og irreversibel ved 6, 000 psi, indfangning af tætte methanklynger, der udviklede sig i poren under 2 nanometer, som omfatter 90 procent af den målte skiferporøsitet.

Anført af Los Alamos, multi-institution undersøgelsen blev offentliggjort i Nature's new Kommunikation Jord &Miljø dagbog i denne uge. Partnere omfatter New Mexico Consortium, University of Maryland, og National Institute of Standards and Technology Center for Neutron Research.